[发明专利]一种全集成便携式碳纤维微电极电化学传感器及检测系统

说明书

本发明公开了一种全集成便携式碳纤维微电极电化学传感器及检测系统，属于电化学传感器领域。该电化学传感器包括包括碳纤维微电极、连接组件和基底电极；连接组件能够装配于基底电极上，碳纤维微电极能够嵌入装配于沟道中作为工作电极；三者在装配状态下，检测池的底部开口与基底层上表面贴合形成用于容纳待检测液体的容器；检测电极体系中除工作电极之外的其他电极检测端均位于该容器内，电极测量段也伸入检测池中，共同构成完整的检测电极体系。该电化学传感器可置入电化学信号适配器中进行测量，利用智能设备、电化学信号适配器以及电化学传感器组成便携式的检测系统，大大提高了其操作的简单性和携带的方便性，适用场景多。

技术领域

本发明属于电化学传感器领域，具体涉及一种全集成便携式的金纳米花修饰碳纤维微电极电化学传感器。

背景技术

电化学传感器常被应用于液体样品中目标分析物浓度的测定，在分析化学领域起着重要作用。电极作为电化学传感器的关键部件，是决定传感器的性能方面重要因素。目前根据其电化学界面的物理形式，电极可分为三类：第一类为传统的原盘电极，例如玻璃碳电极(GCE)，贵金属电极(如Au，Pt)等。因为它们良好的稳定性和可重复性，它们已被广泛使用。第二类是丝网印刷电极(SPE)，通常以三电极形式出现。丝网印刷技术使制备一次性电化学生物传感器电极成为可能，该方法工艺简单，成本低廉，适合于电极的工业化生产，特别适合日常使用。因此以电化学生物传感器为原理的丝网印刷电极在即时检测(POCT)领域应用广泛。第三类是一些开发为自支撑工作电极的自制材料，包括2D/3D碳基/金属基底材料(如石墨烯泡沫，MXene等)。他们固有的功能表面可提供较大的传感表面和良好的催化活性。尽管上述电极在构造各种传感器中发挥了重要作用，但是在制造过程中的局限性和固有缺陷阻碍了它们的应用。通常，圆盘电极的先天缺陷主要是由于无法单独工作而引起的，因此经常需要独立的对电极和参比电极(CE和RE)的参与。这不可避免地导致笨重的传感设备并增加了样品消耗。此外，三电极系统的复杂性增加了操作和系统错误的风险，对测试结果的准确性和准确性产生了负面影响。为了获得具有高灵敏度和宽响应范围的传感器，大多数的盘状电极需要用功能材料装饰，这牺牲了简单性和可重复性。相比之下，SPE的集成式三电极设计简化了传感器设置，并使测量尺寸小型化。但是，类似于圆盘电极，SPE的有限感测区域仍需要进一步修改。综上，提供一种结构简单、操作便捷、感测区域较广且容易大规模生产的电化学传感装置的使用方法十分必要。

超微电极是指尺寸在μm及或纳米级范围的电极，当电极从毫米级降低至微米级时，可以表现出很多优良的电化学特性。碳纤维单丝的直径只有几μm，可以直接制成微电极，同时具有很高的比强度和杨式模量、良好的导电性能、耐高温、抗腐蚀等优异的性能，制成点击后稳定性和重现性好，能够适用于各种场合，是近年来备受关注的微电极材料。不断微观化，高灵敏度、高选择性的微型、快速的测试工具也就成为了分析工作者的必备品，超微电极的制备是现在电分析化学发展的一个重要方向。在电化学研究领域中，金电极由于优良的电化学性能及易于修饰的特点成为电化学研究与应用中最常用的电极之一。通过对碳纤维微电极进行金纳米花修饰的优势，可以增加电极的有效面积及电流反应，保证了微电极良好的稳定性和重现性。

目前的超微电极传感器需要连接电化学工作站或大型设备一起才能检测。昂贵的设备增加了传感器构建和使用的成本，也为实际应用带来了困难。同时，碳纤维微电极在检测过程中往往需要独立的对电极和参比电极的参与，目前尚没有报道基于碳纤维微电极的集成的电极系统。因此，发展一种全集成的便携式的碳纤维微电极电化学传感器具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种全集成便携式的基于碳纤维微电极的丝网印刷电化学传感器。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的具体技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种全集成便携式碳纤维微电极的电化学传感器，所述电化学传感器包括碳纤维微电极、连接组件和基底电极；

所述碳纤维微电极由电极测量段、电极保护段和电极连接段顺次连接而成；